Файловая система ОС: понятие и структура. Файловые операции. Программы для работы с файловой системой

• создание файлов и присвоение им имен;
• создание каталогов (папок) и присвоение им имен;
• переименование файлов и каталогов (папок);
• копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками)одного диска;
• удаление файлов и каталогов (папок);
• навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);
• управление атрибутами файлов.

Создание и именование файлов

Фактически, создание файла  состоит в присвоении ему имени  и регистрации его в файловой системе — это одна из функций  операционной системы.

По способам именования файлов различают “короткое” и “длинное”  имя.

Основным недостатком  “коротких” имен является их низкая содержательность, но оно необходимо для работы с данным файлом на рабочих местах с устаревшими операционными системами.

«Длинное» имя может содержать  до 256 символов. Этого вполне достаточно для создания содержательных имен файлов. “Длинное” имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных: \ / : * ? " < > |.В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Расширением имени считаются все символы, идущие после последней точки.

Создание каталогов (папок)

Все современные операционные системы позволяют создавать  каталоги. Правила присвоения имени  каталогу ничем не отличаются от правил присвоения имени файлу, хотя негласно для каталогов не принято задавать расширения имен.

Мы знаем, что в иерархических  структурах данных адрес объекта  задается маршрутом (путем доступа), ведущим от вершины структуры  к объекту. При записи пути доступа  к файлу, проходящего через систему  вложенных каталогов, все промежуточные  каталоги разделяются между собой  определенным символом. Во многих операционных системах в качестве такого символа  используется “\” (обратный слэш), например:

Копирование и перемещение  файлов

В неграфических операционных системах операции копирования и  перемещения файлов выполняются  вводом прямой команды в поле командной  строки. При этом указывается имя  команды, путь доступа к каталогу-источнику  и путь доступа к каталогу-приемнику.

В графических операционных системах существуют приемы работы с  устройством позиционирования, позволяющие  выполнять эти команды наглядными методами.

Удаление файлов и каталогов (папок)

Средства удаления данных не менее важны для операционной системы, чем средства их создания, поскольку ни один носитель данных не обладает бесконечной емкостью. Существует как минимум три режима удаления данных: удаление, уничтожение  и стирание, хотя операционные системы  обеспечивают только два первых режима (режим надежного стирания данных можно обеспечить лишь специальными программными средствами).

Для справки укажем, что  операция стирания файлов, выполняемая  специальными служебными программами, состоит именно в том, чтобы заполнить  якобы свободные кластеры, оставшиеся после уничтоженного файла, случайными данными. Поскольку даже после перезаписи данных их еще можно восстановить специальными аппаратными средствами (путем анализа остаточного магнитного гистерезиса), для надежного стирания файлов требуется провести не менее  пяти актов случайной перезаписи в одни и те же сектора. Эта операция весьма продолжительна, и поскольку  массовому потребителю она не нужна, то ее не включают в стандартные  функции операционных систем.

Навигация по файловой структуре

Навигация по файловой структуре  является одной из наиболее используемых функций операционной системы. Удобство этой операции часто воспринимают как  удобство работы с операционной системой. В операционных системах, имеющих  интерфейс командной строки, навигацию  осуществляют путем ввода команд перехода с диска на диск или из каталога в каталог. В связи с  крайним неудобством такой навигации, широкое применение нашли специальные  служебные программы, называемые файловыми  оболочками.

Управление атрибутами файлов

Кроме имени и расширения имени файла операционная система  хранит для каждого файла дату его создания (изменения) и несколько  флатовых величин, называемых атрибутами файла. Атрибуты — это дополнительные параметры, определяющие свойства файлов. Операционная система позволяет  их контролировать и изменять; состояние  атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами.

Основных атрибутов четыре:

• Только для чтения (Read Only);
• Скрытый (Hidden);
• Системный (System);
• Архивный (Archive).

Атрибут Только для чтения ограничивает возможности работы с файлом. Его установка означает, что файл не предназначен для внесения изменений.

Атрибут Скрытый сигнализирует  операционной системе о том, что  данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против случайного (умышленного или неумышленного) повреждения файла.

Атрибутом Системный помечаются файлы, обладающие важными функциями в работе самой операционной системы. Его отличительная особенность в том, что средствами операционной системы его изменить нельзя. Как правило, большинство файлов, имеющих установленный атрибут Системный, имеют также и установленный атрибут Скрытый.

Атрибут Архивный в прошлом  использовался для работы программ резервного копирования. Предполагалось, что любая программа, изменяющая файл, должна автоматически устанавливать  этот атрибут, а средство резервного копирования должно его сбрасывать. Таким образом, очередному резервному копированию подлежали только те файлы, у которых этот атрибут  был установлен. Современные программы  резервного копирования используют другие средства для установления факта  изменения файла, и данный атрибут  во внимание не принимается, а его  изменение вручную средствами операционной системы не имеет практического  значения.

 

Программы для работы с  файловой системой

Проводник Windows

В ОС Windows приложение, реализующее графический интерфейс доступа пользователя компьютера к файлам получило название Проводник Windows

Проводник Windows впервые появился в Windows как замена диспетчера программ и диспетчера файлов предыдущих версий ОС. Всё, что видит пользователь после загрузки Windows (пиктограммы рабочего стола, панель задач, меню «Пуск» — кроме «обоев») — это Проводник Windows.

Иногда Проводником называют его часть, предназначенную для  манипуляции файлами. Её можно вызвать  двойным щелчком по иконке «Мой компьютер», запустить из «меню Пуск», воспользоваться  клавиатурным сокращением  Win + E .

Последующие версии Windows добавляли новые возможности, убирали другие, постепенно формируя из простой системы навигации по файлам полнофункциональную задаче-ориентированную систему управления файлами.

За функционирование Проводника Windows отвечает процесс explorer.exe. Его функции:

• Отображение папок и файлов, включая специальные папки вроде «Панель управления», «Планировщик задач», «Принтеры и факсы», «Шрифты» и т. п.
• Отображение оболочки Windows: панели задач с кнопкой «Пуск» и значков рабочего стола.

Процесс explorer.exe не является критическим и может быть закрыт с помощью Диспетчера задач. После  его закрытия исчезают элементы рабочего стола и панели задач, но фоновая  картинка сохраняется. Процесс может  быть перезапущен с помощью Диспетчера задач.

Папки

Понятие папки в проводнике Windows несколько отличается от понятия каталога. Большинство папок отображают содержимое определённого каталога файловой системы, но существуют и специальные папки, содержимое которых не имеет реального расположения на диске, а зависит от настроек операционной системы. К таким папкам можно отнести:

• «Мой компьютер» — содержит доступные пользователю устройства хранения данных, а также ссылки на папки «Мои документы» разных пользователей, на папку «Панель управления», а также на некоторые устройства ввода информации (сканеры, камеры и т. д.)
• «Панель управления» — содержит список ссылок на программы, с помощью которых осуществляется настройка операционной системы.
• «Корзина» — системная папка для предотвращения случайного удаления файлов. Файлы, перемещённые в «Корзину» удаляются после выполнения команды «Очистить корзину».
• «Рабочий стол» — содержит как список файлов, находящихся в каталоге «Рабочий стол» текущего пользователя, так и отсутствующие в этом каталоге папки: «Мой компьютер», «Мои документы», «Корзина» и «Сетевое окружение».

Файловые менеджеры

Для оптимизации процесса работы с файлами используются файловые менеджеры.  Файловый менеджер — компьютерная программа, предоставляющая интерфейс пользователя для работы с файловой системой и файлами. Файловый менеджер позволяет выполнять наиболее частые операции над файлами — создание, открытие, редактирование, перемещение, переименование, копирование, удаление, изменение атрибутов и свойств, поиск файлов и назначение прав. Помимо основных функций, многие файловые менеджеры включают ряд дополнительных возможностей, например, таких как работа с сетью, резервное копирование, управление принтерами и пр.

• Total Commander — популярный файловый менеджер с практически всеми необходимыми для подобных программ функциями.
• X-plore — наиболее удобный на сегодняшний день файловый менеджер для смартфонов на базе Symbian, Windows Mobile и Android.
• FreeCommander — довольно неплохая бесплатная замена стандартному проводнику Windows.
• Unreal Commander - бесплатный файловый менеджер с двухпанельным интерфейсом, возможностью доступа к сетевым ресурсам и множеством других возможностей.
• TeraCopy — компактная программа для копирования и перемещения файлов с максимальной скоростью.
• Tweak Total Commander — программа предназначена для тонкой настройки Total Commander (более 65 опций) без редактирования вручную его INI файлов.
• xplorer2 lite — мощный файловый менеджер для домашнего использования с широкими возможностями.
• ViewFD — бесплатный компактный файловый менеджер, с широкими возможностями сходными с популярной программой Total Commander.
• FAR Power Pack — инсталлятор в комплекте которого идет файловый менеджер Far и комплекс избранных плагинов, макросов и других утилит.
• FAR Manager — бесплатный файловый менеджер, позволяющий просматривать файлы и каталоги, редактировать, копировать и переименовывать файлы…
• XYplorer — мощный файловый менеджер с поддержкой вкладок и мощным поисковым механизмом.

 

Обслуживание файловой системы

Следует отметить, что файловая система не следит за «порядком» на жестком диске. К примеру, ОС Windows устроена таким образом, что она сохраняет новые файлы в первой попавшейся незанятой ячейке. При этом если файл не помещается целиком в эту ячейку, то он делится на несколько частей (фрагментируется). Соответственно время доступа и открытия такого файла увеличивается, что негативно сказывается на общей производительности системы.

Для того, чтобы этого не допустить и «навести порядок» в файловой системе, необходимо регулярно производить дефрагментацию разделов жесткого диска.

В ОС Windows для этого необходимо зайти в свойства конкретного раздела жесткого диска, перейти на вкладку «Сервис» и нажать кнопку «Выполнить дефрагментацию». В открывшемся окне можно настроить операцию автоматической дефрагментации дисков. Для самостоятельного осуществления дефрагментации, необходимо указать раздел жесткого диска, нажать кнопку «Анализировать диск», а затем «Дефрагментация операции». 

Заключение

В работе были изучены основные понятия, связанные с работой в файловой системе: понятия файлов, файловых операций, файловой системы. Рассмотрена структура файловой системы, а также обслуживание структуры.

Рассмотрены такие программы для работы с файлами, как Проводник Windows, а также Total Commander, X-plore, FreeCommander, Unreal Commander, TeraCopy, Tweak Total Commander, xplorer2 lite, ViewFD, FAR Power Pack, FAR Manager, XYplorer.

Особое внимание в работе уделено обслуживанию файловой структуры, потому как правильное обслуживание приводит к оптимизации процесса работы и предотвращает проблемы, связанные с увеличением времени доступа и открытия файла, которые влияют на общую производительность системы.

На основе вышеизложенного  материала составлена общая методика работы с файловой системой

Надёжность и отказоустойчивость (reliability and robustness) файловых систем обеспечивают архитектурными особенностями, которые защищают прикладные программы от повреждения друг другом и операционной системой. ОС Windows использует отказоустойчивую структурированную обработку особых ситуаций на всех архитектурных уровнях, которая включает восстанавливаемую файловую систему NTFS и обеспечивает защиту с помощью встроенной системы безопасности и усовершенствованных методов управления памятью .

Для работы в файловой системе  ОС, необходимо знать и понимать основные понятия, структуру самой  системы и ее компонентов. Кроме  того, для оптимизации процесса рекомендуется  использовать специальные программы, заменив стандартные, а также  регулярно производить дефрагментацию разделов жесткого диска